一起發電機勵磁1號功率退柜導致兩功率柜間導線燒壞的分析及處理

四川武都電站有限公司 任碧秀

1 引言

勵磁系統是發電機組的重要組成部分，是提供發電機磁場電流的裝置。勵磁系統的作用主要有以下三點：一是根據發電機電壓、負荷及功率因數的變化調整發電機的勵磁電流，以維持發電機端電壓在規定的水平；二是合理分配并列運行發電機間的無功負荷；三是提高電力系統穩定性，在發電機電壓急劇降低時，迅速加大勵磁電流，以改善系統的運行條件，提高系統的穩定性和可靠性。

勵磁系統包括勵磁電源和勵磁裝置，其中勵磁電源的主體是勵磁機或勵磁變壓器。勵磁裝置分別由勵磁調節柜、功率柜、滅磁柜等勵磁柜組成，具有穩壓、恒電流、恒功率因素等功能。勵磁柜是一種為發電機建立電壓并穩定發電的設備，是整個電氣成套系統的CPU，其工作原理如下，調節器用發電機量測PT電壓輸入電氣信號，直流信號用輸出電流和反映裝置電源電壓調節信號。各路信號經各自的信號處理及變換電路對信號濾波、隔離放大，變換成適用A/D采樣的信號，并將這些信號送入A/D變換器，再由程序控制依次進行模數轉換，存放在存貯器中供調節器使用。

2 水電站概況

四川省某壩后式水電站，總裝機3×50MW，多年平均發電量為6.1 億kWh，設計利用小時為4064h,電站保證出力為36.8MW，多年平均流量為142m3/s，電站引用流量259.22m3/s。三臺發電機分別接成發變組單元接線，各經一臺63000kVA 的主變壓器升壓為220kV，經220kV線路送至220kV變電站并入四川主網。電站采用全計算機監控系統，于2011 年11月正式投產發電。發電機組采用GES3000靜態勵磁系統，勵磁整流及調節器設置有兩個獨立的通道，每個通道有一個自動調節通道和一個手動調節通道，調節通道的核心均為工業控制微機，采用高可靠智能型冗余容錯結構，該冗余結構采用并聯方式，當有一個冗余部件故障時，不影響系統正常運行。

該電站采用自并勵方式，勵磁電源由一臺接于同步發電機端的勵磁變壓器（型號ZSCB9-800/10.5）取得，經勵磁變壓器降壓380V后，接入三相全控橋式晶閘管整流器，輸出直流額定電壓195V，額定電流1185A，晶閘管的冷卻采用軸流式風機強迫風冷，通過晶閘管整流成直流后，供給發電機磁場繞組。自動勵磁調節器從發電機端取得信號，控制晶閘管的導通角，從而按需要控制發電機勵磁電流。勵磁變壓器采用環氧澆注、干式、自冷型式，有溫控報警，其高壓側不設自動開關，副邊根據需要沒有設開關或自動開關。高壓側接線包括在發電機的差動保護范圍之內，副邊出線口裝有電流互感器TA，作為勵磁調節器的測量轉子電流信號。勵磁變壓器繞組的聯接組別一般為Y/d－11，為了消除由于晶閘管整流換向引起波形畸變所產生高次諧波中的三次諧波及其三倍的高次諧波之影響。勵磁系統由勵磁調節柜、功率1號柜、功率2號柜、滅磁柜共四面屏柜和1 臺勵磁變組成，勵磁原理如圖1所示。

圖1 勵磁原理

3 事件經過及檢查處理

電站在投運后半年時間內發生一次功率柜退柜事故。當日1 號、2 號機組各帶50MW 負荷運行，3號機組熱備用。10:34分當值設備運維班人員進行備自投（廠用電Ⅰ段帶Ⅱ段）切換試驗時，斷開Ⅱ段廠變低壓側開關時，備自投未投入（后來檢查系備自投程序不完善所致），導致Ⅱ段廠用電臨時中斷。此時上位機報“1 號功率柜退柜”，1 號機組勵磁柜傳來爆炸聲響，并伴有焦臭味，現場人員及時趕到1號機組勵磁功率柜發現1號功率柜退柜，功率柜柜間導線有燒斷現象。

事故發生后，值長立即匯報調度，申請轉移1號機組負荷至3號機組，及時恢復了Ⅱ段廠用電供電。待1 號機組停機，做好安全措施后，經檢查確認了功率柜1、2柜之間由勵磁變引來的交流相間并聯接線發生短路并燒斷，調節柜顯示屏報“1號功率柜退柜”“A、B通道故障”“SCR 柜通信故障”。經生產領導同意后值長迅速組織人員進行導線更換，并對勵磁柜和風機主、備用電源回路、勵磁同步脈沖信號回路全面檢查，未發現異常。13:40分將1號機組開啟至空轉，試運行正常，13:50 向調度匯報事故情況并申請同意1號機組運行后，1號機組并網運行正常。

4 事件原因、分析及處理

4.1 1號功率柜發退柜運行的原因、分析及處理

1 號發電機勵磁功率柜冷卻風機主用電源為Ⅱ段廠用電，備用為勵磁變電源。風機正常運行情況下主供電源K52 帶電，備用電源K53 不帶電，兩臺風機運行，當主供電源失電，主供電源監視繼電器K27 發出信號輸入后，通過K52、K53 可實現兩路電源能相互閉鎖和切換，完全達到100%的冗余效果，勵磁風機控制原理如圖2所示。

圖2 勵磁風機控制原理

當Ⅱ段廠用電（主供電源）消失，勵磁風機電源因電源切換回路故障，1 號功率柜風機電源沒有切換至勵磁變電源（備用電源），導致風機電源消失風機停運，風機運行監視E51 閉合，發出1號功率柜“退柜”信號。經檢查處理該電源切換回路之后，多次切換電源回路正常，故障消除，此過程2 號功率柜風機電源切換及風機運行均正常。

4.2 功率柜1、2柜之間由勵磁變引來的交流相間并聯接線發生短路并燒斷原因、分析

事故發生時功率柜接線如圖3所示。

圖3 事故發生時功率柜接線

發電機勵磁變低壓側用ZR-YJV-3＊240電纜分別接至兩臺功率柜，功率兩柜之間交流相間設置4mm2銅芯橡膠導線的聯絡線，目的是其中一柜交流電源消失可確保脈沖變壓器和風機備用電源變壓器不會失電，勵磁變低壓側至兩個勵磁功率柜之間采用電纜硬連接，中間無斷路器等電氣設備。

實際上兩臺勵磁功率柜已在勵磁變低壓側出線處已經實現并聯，并不需要在功率柜間再次聯接，由此線反使兩柜之間再次形成并聯環流通道。正常時額定負荷下，勵磁輸出電壓195V，輸出電流1185A，其視在功率231kVA，勵磁變低壓側電壓380V,整流轉換率0.9，這樣可算得勵磁變向兩臺功率柜供電電流分別是220A。由于該聯絡線兩端電壓和電阻均等，其環流較小，約為2～3A，當發生1 號功率柜退柜使輸入2 號柜的交流電流瞬間增大1 倍，此時該4mm2的聯絡線則相當于分流線，會產生瞬間接近200A 的環流。正常情況4mm2銅芯線最大允許載流量35～40A 左右，所以很快破壞導線絕緣層，導致相間導線擊穿，發生導線短路燒斷現象。這種勵磁功率柜接線適用于勵磁變低壓側至兩個勵磁功率柜之間設有斷路器的情況。

4.3 處理

通過事故現象逐漸展開分析總結，由于廠用電倒換電試驗時（廠用電備自投故障）→Ⅱ段廠用電消失（1號功率柜風機自動投入系統故障，備用電源未投入）→1號功率柜風機停運→1號功率柜退柜→2 號功率柜負荷增加1 倍→2 號功率柜輸入電流增加1 倍→1、2 號功率柜之間的環線變分流線（嚴重過載）→環線瞬間過載燒壞。

針對上述情況，電站書面函告勵磁制造廠家，勵磁廠家回復意見是決定將柜間聯絡線取消。電站技術人員拆線改造后的勵磁系統，通過運行觀察各方面一切正常。改造后接線如圖4所示。

圖4 改造后接線

5 暴露的問題

對此次勵磁事件的分析處理，先后發生了風機電源切換回路故障，導致其中一個功率柜退柜。而兩功率柜間接線錯誤，最終導致兩功率柜間接線短路燒壞事故。通過分析，暴露以下幾個問題。

一是設計圖紙審核不嚴格。原勵磁功率柜接線適用于勵磁變低壓側至兩個勵磁功率柜之間設有斷路器的情況，也說明了部分出廠設備并沒有針對性，總是千篇一律給各個電站配設備，而電站設計人員審核時候不夠嚴格，對廠家出圖并未仔細審核修改，將廠家圖紙作為設計圖。

二是現場施工安裝和調試管理不足。在設備安裝調試期間，施工人員、監理人員以及業主方均未及時發現兩勵磁功率柜接線設計圖紙錯誤，調試期間沒有進行勵磁功率柜單通道運行試驗。

三是作為新建電站運行管理方沒有認真熟悉圖紙，思考圖紙原理，應該對兩勵磁功率柜之間接線方式進行思考，及時發現存在的隱患。

四是電站設備維護人員工作前事故預想和風險評估不到位。在進行廠用電切換試驗前，應預先評估廠用電切換裝置、勵磁風機電源切換裝置是否可靠，確認無疑后，才能進行切換操作。

五是電站設備維護人員對設備維護檢查不到位。事故發生前，在進行廠用電倒換操作時，發生了勵磁風機電源切換回路故障，說明平時設備維護檢查及試驗不夠細致。

6 結語

安全生產是企業發展永恒的主題，是企業效益的根本體現。通過上述事故，電力設備管理工作直接影響企業安全生產，必須以科學嚴謹的態度來對待。作為電站發電運行管理人員，不能依賴或者完全相信設計圖、竣工圖，運行管理中應思考弄清設備工作原理，設計原理及功能，以便及早發現問題。對于電站負責設備故障處理的技術人員，要求各方面能力全面發展，做任何操作前，應認真分析、思考可能存在的隱患，這樣操作可能導致的事故，做好事故預想和應對措施。設備管理人員加強設備的定期檢查、維護、更換，及時發現故障，避免事故發生。對于電站內非正常停機及事故應作好相關記錄，以便于日后總結參考。